孝文晨風

美國國家地理網站評選出2010年度十大天體物理學發(fā)現，宇宙外潛伏未知“結構”新證據、銀河系中心發(fā)現神秘氣泡狀結構以及“大爆炸”造出“液態(tài)”宇宙等重大發(fā)現榜上有名。

1.每個黑洞內都含有一個宇宙

天文學家在2010年4月宣布，我們的宇宙就像是俄羅斯套娃的一部分，可能棲身于一個黑洞內，而這個黑洞本身又是一個更大宇宙的一部分。反過來，迄今在宇宙中發(fā)現的所有黑洞可能都是通向其他世界的通道。

美國印第安納大學的物理學家尼克丹姆·鮑勃拉姆斯基（Nikodem Poplawski）近日提出了一個有關落入黑洞的物質所作旋轉運動的嶄新數學模型。根據他的方程，黑洞可能是不同宇宙間的時空通道，或者說，一種蟲洞。被黑洞吞噬的物質并未如之前理論預言的那樣塌縮成一個奇點，而是從黑洞的另一端以“白洞”的形式噴發(fā)出來。

根據愛因斯坦的廣義相對論，當一個區(qū)域的物質密度達到極大時會產生奇點，通常這一現象會出現在黑洞的中心。這種奇點密度無限大，溫度無限高，因而顯得怪異。而如果鮑勃拉姆斯基的理論正確，那么這種奇異的現象或許根本就不存在。

2.時間將在50億年后停止

物理學家在2010年10月表示，永久膨脹理論稱我們的宇宙只是眾多宇宙中的一個，該理論還預測時間將在50億年后停止。

一般認為，我們生活的宇宙已經存在了超過140億年，并且將繼續(xù)存在數十億年。但根據一份最新發(fā)表的論文，時間本身可能將于50億年后終止。巧合的是，這一時間恰逢太陽耗盡燃料熄滅的那一刻。

這一研究依據的是一種“永恒膨脹”的理論。該理論認為我們生活的宇宙其實是一系列宇宙中的一個。這一巨大的結構是由無窮多個宇宙組成的，其中每一個宇宙都可以產生無窮多個“子宇宙”。

這一理論的主要問題在于：在多重宇宙理論框架下，任何發(fā)生的事件都將發(fā)生無窮多次。這樣就會使概率論的計算——如估算地球大小行星普遍存在的可能性，變得幾乎不可能。

3.宇宙外潛伏未知“結構”新證據

據科學家2010年3月公布的一項研究結果，“暗流”并非偶然，這強化了宇宙外潛伏著前所未知、前所未見“結構”的例證。

2008年，科學家報告發(fā)現大量星系群正沿相同方向以360萬公里的時速運行。這一詭異的現象無法以現有的宇宙質量分布模型解釋。于是科研人員被迫作出了一個引起爭議的猜測：這些星系群是受到了來自我們已知宇宙范圍之外的引力作用。

而這一小組此次的發(fā)現證實這種宇宙“暗流”的延伸范圍甚至超越了之前的想象，距離地球至少25億光年。這項研究支持這樣一個假設，即存在來自宇宙之外的引力，從而支持多重宇宙理論。

4.愛因斯坦“重力論”適用于宇宙層面

據科學家2010年3月公布的一項研究結果，愛因斯坦近一百年前提出的重力論不僅適用于對太陽周圍行星運動的解釋，同樣適用于解釋星系間的相互運動。

一項新的研究顯示，神秘的暗物質和更加撲朔迷離的暗能量，并非物理學家們的妄想癥產物。數百年來，牛頓的萬有引力理論能很好地解釋地球上的各種重力現象，但當將其運用到天體運行研究時，科學家們注意到了其中不一致的地方。

1916年，愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論。他指出引力的本質是物質的存在造成了時空的扭曲。這一理論很快被應用于天文學，并成功解決了一些神秘的問題，如水星軌道的輕微偏差。

當將愛因斯坦的相對論應用于遙遠的星系，科學家們發(fā)現它們的引力作用要大于它們本身的質量，由此科學家們推測有一種探測不到的神秘“暗物質”存在。但時至今日，在星系研究層面對廣義相對論的驗證一直沒有進行。

在這項新的研究中，來自普林斯頓大學的天體物理學家們分析了超過70000個明亮的橢圓星系的分布和運動情況，發(fā)現它們精確地遵循廣義相對論。

5.“大爆炸”造出“液態(tài)”宇宙

根據大型強子對撞機項目科學家在2010年12月公布的最新數據，在大爆炸發(fā)生后瞬間，宇宙就像非常稠密、超熱液體一樣活動。

最近，科學家們利用位于瑞士日內瓦附近的大型強子對撞擊成功重現了大爆炸發(fā)生后瞬間的情形。實驗人員將兩束鉛離子以接近光速的速度相撞。相撞產生了一種名為“夸克-膠子等離子體”的原始態(tài)物質?？茖W家們認為這種物質態(tài)僅僅短暫存在于早期宇宙。

顧名思義，這種“原始湯”由亞原子粒子夸克和膠子組成。夸克是帶正電荷的質子和電荷中性的中子的主要組成成分。這兩種粒子共同組成了原子核。而膠子則使用“強作用力”將夸克“膠合”在一起。

常規(guī)情形下，這兩種亞原子粒子緊密結合。但是先前的實驗證明，在極端高溫下，強作用力會變弱，因此這兩種粒子可能會分開。人們從而認為，在宇宙早期的超高溫度環(huán)境下，夸克和膠子應當相互遠離，因此其性質應當很像氣體。但是大型強子對撞機的實驗否定了這一觀點：撞擊產生了大約10萬億攝氏度的極端高溫。雖然只持續(xù)了一瞬間，但是足以滿足科研人員的需求。他們發(fā)現在這一極端高溫下，強作用力比想象中的要強。夸克和膠子間的作用力仍較為顯著，因此可以說早期宇宙性質更類似“液體”而非氣體。

6.新物質或可解釋宇宙存在

大約在137億年前，大爆炸產生了大量物質，這些物質最終形成生命、宇宙及萬物?？茖W家在2010年8月表示，他們發(fā)現了一種新的物質，或能幫助他們揭開宇宙存在之謎。

這一新材料的設計初衷旨在用于探測電子的一種新“屬性”。電子存在于原子之中，圍繞原子核運行?？蒲腥藛T表示，如果這一“未知屬性”被證實，那么將有望幫助科學家們解答物質和反物質“不對稱”的謎題。

現有理論認為，宇宙大爆炸將產生同樣數量的物質和反物質，也就是說任何事物都是“對稱”的。物質和反物質擁有相反的電性和磁場特性。當兩者相遇便會發(fā)生“湮滅”，僅剩下“純粹”的能量。

假如果真如此，那么宇宙中就不應該存在任何物質。但是物質的存在，甚至我們本身的存在就說明正常物質的行為必定和反物質有些許不同，而并非完全“對稱”。

此次的新理論預言電子存在一種名為 “電偶極矩”（electric dipole moment）的屬性，這類似于一塊側鐵存在南北極一樣。電子表現出負電性，說明其電荷的分布不均。偶極矩就是電荷量和正負電荷中心之間的距離的乘積，在這一特定條件下可視為負電荷的空間分布不對稱。這種不對稱將打破物質和反物質之間的對稱性，這種不對稱使得物質和反物質粒子同時開始衰變，但是速率不同，從而允許物質的存在。

為了尋找電子的“電偶極矩”，科學家們制成了一種名為“銪鈦酸鋇”（europium barium titanate）的新型陶瓷材料。這種材料具備獨特的磁場和電場性質，從而幫助科研人員探究這一難題。

7.宇宙弦引發(fā)伽馬射線爆發(fā)

科學家在2010年8月公布的一項研究中宣稱，遙遠宇宙中稍縱即逝但強度很大的“火球”可能是由看不見的宇宙弦——時空中的超密度瑕疵——拉拽產生的。

伽馬射線是最高能形式的光線。伽馬射線暴則是宇宙中最明亮的事件之一。它大約每天在宇宙的某處發(fā)生一次。即便距離極其遙遠——有些遠達130億光年，但仍然能被地球附近的觀測設備探測到。

伽馬射線暴持續(xù)可見的時間從數秒到數分鐘不等。科學家們認為這些長時間的射線暴是由大質量恒星核的塌縮并爆發(fā)造成的。但另外一些伽馬射線暴則持續(xù)很短時間，遠短于一秒，科學家對此的成因不了解。

但在2008年和2009年間，美國宇航局的“雨燕”（Swift）伽馬射線衛(wèi)星探測到兩次持續(xù)很短的伽馬射線暴，但引人注意的是其能量相當高，遠高于同類。香港大學鄭廣生教授等人的研究認為這很可能是由超導電性的宇宙弦震動造成的。

8.銀河系中心發(fā)現神秘氣泡狀結構

天文學家在2010年11月表示，兩個前所未見的釋放伽馬射線的大氣泡狀結構正在銀河系中心不斷膨脹。

這是兩個之前不為人所知的巨大結構，由美國宇航局費米伽馬射線探測器發(fā)現。這兩個氣泡結構沿銀河系平面上下方向延伸超過25000光年。

普林斯頓大學物理學家大衛(wèi)·斯伯格（David Spergel）在一場新聞發(fā)布會上說：“我們”一直認為自己對銀河系已經非常了解，但是很顯然這一發(fā)現說明在銀河系的中心存在一種巨大的高能事件。

伽馬射線是具有最高能級的光線形式。在宇宙中它們通常源自高能事件或天體，如超新星爆發(fā)、黑洞或中子星。目前科學家們對于這一巨大的泡狀結構成因和能量來源尚不了解。

9.愛因斯坦相對論影響地球生物衰老速度

根據科學家在2010年9月公布的一項研究，我們站在樓梯上時的年衰老速度，要比站在平地上稍快一些。愛因斯坦相對論的玄妙之處就是其對時間的作用，而最新發(fā)現與這種作用聯系起來，首次向世人展示了相對論如何影響現實世界的距離和時間構架。

根據愛因斯坦的相對論，時間并非均勻流逝，而是會由于加速度的存在而變化。由于這一機制的作用，對于同一觀測者而言，一臺高速運動中的鐘要比一臺靜止狀態(tài)下的鐘走得慢。這一原理是著名的“雙生子佯謬”的基礎。這一佯謬的內容是：如果一對雙胞胎中的一個被送入高速飛行的飛船內，當然返回地面時會發(fā)現自己的兄弟比自己老了許多。

廣義相對論同時也指出：重力加速度也會輕微地減慢時間。這就意味著：如果你所在的地方重力更大（更接近地心），你所經歷的時間更慢，你的衰老速度變慢了。

10.巴克球之謎揭開

天文學家在2010年7月宣布，他們在一顆死亡恒星的殘骸中發(fā)現了巴克球（Buckyball），這是科學家首次在太空中發(fā)現這種神秘物質。巴克球是由60個碳原子組成的一種天然分子，形成穩(wěn)定、空心的球體。

盡管巴克球的直徑還不到一米的數十億分之一，但這仍然是迄今在太空發(fā)現的最大分子。巴克球是富勒烯的一種，最早在1970年，人們首次預言它的存在。1985年，科學家在實驗室中模擬富碳的老年恒星環(huán)境時首次意外證實它的存在。這一球體分子之所以被稱為“巴克球”是為了紀念建筑師巴克明斯特·富勒（Buckminster Fuller），他設計的測地線拱頂和這個分子的樣子看上去很像。發(fā)現巴克球的化學家還因此獲得了諾貝爾獎。

之后，人們在隕星、地球巖石，以及蠟燭煤灰中都檢測出了巴克球。而納米技術的發(fā)展已經使得科學家有能力將這些巴克球制成高強度的碳納米管材料，用以制造自行車架以及網球球拍?，F在它又開始應用于超導技術領域。

但多年來天文學家在宇宙空間尋找巴克球的努力一直沒有結果。這項發(fā)現的第一作者，加拿大西安大略大學的簡·卡米 （Jan Cami）說：“我們堅信巴克球存在于宇宙之中，因為它是我們在地球上發(fā)現的最穩(wěn)定物質之一。但直到現在我們才第一次真正找到它。”